土壤是物种最丰富的环境之一，生长在这种自然基质中的植物经常与高密度和多样性的微生物接触。土壤微生物是植物微生物群的主要接种体，也就是说，整个植物微生物群落只包括土壤生物群落的一部分。尽管土壤生物群落之间存在显著差异，但在根和叶上的细菌植物微生物群中发现了类似的分类结构，其中以变形菌为主，其次是放线菌、拟杆菌门和厚壁菌门，统称为核心微生物群。
在陆地环境中，黄单胞菌构成了光自养单细胞和多细胞真核生物微生物群中的核心细菌类群。研究者们通过对1700多个黄单胞菌属基因组和从不同光自养宿主中分离的微生物群培养物菌株的系统发育分析得知黄单胞菌属的免疫调节是一种保守的祖先特征，先于其特化为适应宿主的植物病原体。而后研究者们通过免疫模块EFR和SOBIR1的冗余活性检测到至少三种免疫原性激发子，拟南芥感知到Rhodanobacter R179的存在，Rhodanobacter R179是属于黄单胞菌属最深分支的根共生体。然而，对根转录组和PTI相关反应的分析表明，R179在延长的根定殖中隐藏了自身和其他共生体而不被宿主识别。我们生成并筛选了Rhodanobacter R179的小型Tn5突变体库，并鉴定了植物体内免疫调节和微生物群建立所需的共生防御抑制系统(dss)基因。R179伪装的另一个机制涉及分泌的肽酶对细胞外免疫原性肽的清除，分泌的肽酶可能具有隐藏生产者和其他微生物群成员使其不被宿主识别的功能。
研究者们讨论了黄单胞菌免疫调节的保守性可能与它们适应陆地生境有关的想法，并解释了为什么它们代表植物微生物群的核心谱系。
研究者们为了探索黄单胞菌在不同环境(土壤、水生、植物和动物)中的分布，利用了微生物图谱项目(MAP ),该项目收集了超过200万个全球分布的16S rRNA图谱。黄单胞菌参考物种(n = 57)在土壤和植物相关环境中大量富集。研究者们还探索了大规模海洋、湖泊、动物相关和土壤宏基因组组装基因组(MAG)数据集以及较小的植物相关宏基因组调查中潜在未培养的黄单胞菌的分布。
在全球土壤宏基因组数据集中发现了总共620个黄单胞菌MAGs，跨越374个物种和110个黄单胞菌属mag(12.1%)。相比之下，我们在大陆规模的湖泊宏基因组数据集或瘤胃相关宏基因组数据集中没有发现任何属于黄单胞菌目的基因组。综上所述，这些结果提供了陆地环境是黄单胞菌的主要储库的证据，并表明土壤、土栖藻类和开花植物可能是整个γ原生菌目的主要自然栖息地。
研究者们测试了来源于植物或藻类宿主的致病或共生黄单胞菌菌株的子集对由潮湿AtPep1诱导的RGI的抑制作用。所有七个测试菌株都抑制AtPep1诱导的RGI，表明抑制活性不限于flg22激发子。已知用flg22处理日本血吸虫可引发早期免疫反应，如活性氧簇峰值和转录重编程，并观察到在长期暴露于flg22后，日本刺参的根生长减少。测试抑制atpep 1诱导的RGI的所有七个菌株也减轻flg 22诱导的日本血吸虫RGI。这表明黄单胞菌所采用的免疫抑制策略对至少两种植物有效。
而后研究者们选择了一种抑制性黄单胞菌菌株，拟南芥根共生Rhodanobacter R179，其属于黄单胞菌的最深分支，用于进一步的深入分析。
与R179的免疫调节作用一致，在R179共接种时，两个簇中的所有deg都不存在。基因本体(GO)富集分析显示，簇c2和c7富含具有与防御反应调节、对真菌的防御反应、对水杨酸的反应和细胞表面受体信号传导相关的功能基因。在S3 SynCom定殖后，研究者们观察到另一个部分防御相关簇c4的下调和簇c14的上调，簇C14富含具有与类苯丙酸代谢调节和细菌检测相关功能的基因。R179共定殖也削弱了这两个簇中基因的差异转录调节。总之，R179对SynCom调节的簇c2、c7、c4和c14的表达的影响解释了共生菌如何减少根转录组的差异性。比较转录组分析表明，这些簇与先前使用相同的NS3和S3 SynComs44的研究中鉴定的簇显著重叠。两项研究中共享的基因显示出相似的表达模式，并且富含与防御、缺氧反应、无机物反应和细胞壁修饰相关的功能。这些结果表明R179根部定殖抑制了由外源应用的免疫原性肽或活细菌群落触发的防御反应。
研究者们使用长阅读测序来组装和注释一个完整的R179基因组。利用植物中的Rhodanobacter R179进行了突变筛选，以鉴定有助于免疫调节活性的细菌决定簇。使用传统的正方形琼脂平板，对在两个独立的生物重复中显示抑制活性部分丧失的总共67个候选物在拟南芥中受损的抑制活性进行重新评估，鉴定到了10个具有不同水平的flg22诱导的RGI抑制降低的dss突变体候选物,并进一步表征了其中两个。
在共施用flg22和AtPep1肽后5小时，能够发现无论是dssA还是dssB突变体，都抑制了防卫标记基因FRK1在拟南芥Col-0根中的诱导表达。R179 dssA和dssB突变体分别在ABC转运蛋白通透酶和TonB依赖性转运蛋白基因中具有mini-Tn5转座子插入。ABC转运蛋白通透酶dssA由包含17个基因的操纵子编码，而TonB依赖转运蛋白dssB预计被转录为单顺反子mRNA。通过同源重组产生的dssA和dssB的独立框内缺失突变体表现出对flg22诱导的RGI的抑制减弱，类似于相应的mini-Tn5转座子插入突变体，表明RGI抑制的部分丧失是由于dssA和dssB基因的破坏，而不是潜在的脱靶效应。而后在dssB mini-Tn5插入突变体背景下，通过同源重组使dssA框内缺失，产生了一个双突变体(dssAB)。所得的R179 dssAB双突变体也不能抑制flg22诱导的RGI。长阅读PacBio测序证实了框内缺失和mini-Tn5插入，没有检测到额外的染色体重排。
野生型拟南芥Col-0与活R179的定殖抑制了PTI相关的RGI，并且没有负面影响根生长。相比之下，热灭活的R179诱导RGI，在植物中被消除，证实了根生长限制是对共生菌的真正的PRR触发和PTI相关的反应。虽然一般认为EFR在茎中表达，而在根中不表达，但在EFR转录报告系(pEFR::NLS–3 * mVenus)中验证了R179诱导的根信号，这进一步得到了野生型拟南芥中R179接种后内源EFR根转录物的检测支持。因此，不同于elf18的R179衍生的分子似乎诱导EFR的表达，其随后有助于植物免疫系统在根中检测R179。综上所述，这些数据显示了根中EFR和SOBIR1细胞表面受体复合物对R179共生体的多余识别。
总而言之，研究者们通过系统发育分析和与典型菌株的植物相关性表明，免疫调节是黄单胞菌属中高度保守的祖先特征，并且先于这些细菌特化为适应宿主的病原体。Rhodanobacter R179激活免疫反应，然而根转录组学表明这种共生菌在长期联合后逃避了宿主的免疫感知。
R179伪装可能是由于两个转运蛋白复合物(dssAB)的联合活性和选择性消除来自所有配偶体的免疫原性肽的结果。R179遮蔽自身和来自植物免疫系统的其他共生体的能力与R179共接种时由免疫抑制性或非抑制性合成微生物群触发的不同根转录组的方式一致。通过dssAB的免疫调节使R179在根区室的合成群落中具有竞争优势。我们认为黄单胞菌的广泛免疫调节与它们对陆地生境的适应有关，并可能有助于菌株特异性根系联合的变异，这共同解释了它们在植物微生物群建立中的突出作用。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-025-01918-w
图文来源：植物生物技术Pbj
